秦汉时期的水利工程继春秋战国以后，在规模、技术和类型上都有重大的发展，取得了很大的成就。农田水利工程的分布以关中地区为中心，同时也扩展到了西北、西南等边远地区。
随着经济地区的不断开发，黄河中下游地区的经济地位显得越来越重要，对黄河的治理要求也就更为迫切。在西汉时期，黄河水灾的记载明显增多，我国古代劳动人民在对黄河的治理中，付出了艰巨的劳动，在治黄规划和治黄技术上，都有显著的成就，其中以东汉初年的王景治河最为著称。此外，在这一时期中，还发明了许多水力机械，灌溉水车出现了，水排的发明也比欧洲早1000多年，这些都体现了我国劳动人民的勤劳和智慧。
铁农具的广泛使用，为兴建水利提供了有利的条件。秦汉时期的大型水利工程有以下一些项目。
1、都江堰。都江堰位于岷江由山谷河道进入冲积平原的地方，它灌溉着灌县以东成都平原上的万顷农田。原来岷江上游流经地势陡峻的万山丛中，一到成都平原，水速突然减慢，因而夹带的大量泥沙和岩石随即沉积下来，淤塞了河道。
每年雨季到来时，岷江和支流水势骤涨，往往泛滥成灾;雨水不足时，又会造成干旱.远在都江堰修成之前的二、三百年，古蜀国杜宇王以开明为相，在岷江出山处开一条人工河流，分岷江水流入沱江，以除水害。
秦昭襄王五十一年(公元前256年)，李冰为蜀郡守。李冰在前人治水的基础上，依靠当地人民群众，在岷江出山流入平原的灌县，建成了都江堰。
都江堰是一个防洪、灌溉、航运综合水利工程。李冰采用中流作堰的方法，在岷江峡内用石块砌成石埂，叫都江鱼嘴，也叫分水鱼嘴。鱼嘴是一个分水的建筑工程，把岷江水流一分为二。东边的叫内江，供灌溉渠用水;西边的叫外江，是岷江的正流。又在灌县城附近的岷江南岸筑了离碓，离碓就是开凿岩石后被隔开的石堆，夹在内外江之间。离碓的东侧是内江的水口，称宝瓶口，具有节制水流的功用。夏季岷江水涨，都江鱼嘴淹没了，离碓就成为第二道分水处。内江自宝瓶口以下进入密布于川西平原之上的灌溉系统，旱则引水浸润，雨则杜塞水门，保证了大约300万亩良田的灌溉，使成都平原成为旱涝保收的 天府之国.都江堰的规划、设计和施工都具有比较好的科学性和创造性。工程规划相当完善，分水鱼嘴和宝瓶口联合运用，能按照灌溉、防洪的需要，分配洪、枯水流量。为了控制水流量，在进水口 作三石人，立三水中，使水竭不至足，盛不没肩。这些石人显然起着水尺作用，这是原始的水尺。从石人足和肩两个高度的确定，可见当时不仅有长期的水位观察，并且已经掌握岷江洪、枯水位变化幅度的一般规律。通过内江进水口水位观察，掌握进水流量，再用鱼嘴、宝瓶口的分水工程来调节水位，这样就能控制渠道进水流量。这说明早在2300年前，我国劳动人民在管理灌溉工程中，已经掌握并且利用了在一定水头下通过一定流量的 堰流原理.在都江堰，李冰又作石犀五枚，二在渊中是指留在内江中。石犀和石人的作用不同，它埋的深度是作为都江堰岁修 深淘滩 的控制高程。通过深淘滩，使河床保持一定的深度，有一定大小的过水断面，这样就可以保证河床安全地通过比较大的洪水量。可见当时人们对流量和过水断面的关系已经有了一定的认识和应用。这种数量关系，正是现代流量公式的一个重要方面。
2、郑国渠。郑国渠是一个规模宏大的灌溉工程。公元前246年，秦王政刚即位，韩桓惠王为了诱使秦国把人力物力消耗在水利建设上，无力进行东伐，派水工郑国到秦国执行 疲秦 之计。郑国给秦国设计兴修引泾水入洛阳的灌溉工程。在施工过程中，韩王的计谋暴露，秦要杀郑国，郑国说：当初韩王是叫我来作间谍的，但是，水渠修成，不过为韩延数岁之命 ，为秦却 建万世之功。秦王政认为郑国的话有道理，让他继续主持这项工程。大约花了十年时间这项工程才告峻工。由于是郑国设计和主持施工的，因而人们称为郑国渠。
郑国渠工程，西起仲山西麓谷口(今陕西泾阳西北王桥乡船头村西北)，郑国在谷作石堰坝，抬高水位，拦截泾水入渠。利用西北微高，东南略低的地形，渠的主干线沿北山南麓自西向东伸展，流经今泾阳、三原、富平、蒲城等县，最后在蒲城县晋城村南注入洛河。干渠总长近300华里。沿途拦腰截断沿山河流，将冶水、清水、浊水、石川水等收入渠中，以加大水量。在关中平原北部，泾、洛、渭之间构成密如蛛网的灌溉系统，使高旱缺雨的关中平原得到灌溉。
郑国渠修成后，大大改变了关中的农业生产面貌，用注填淤之水，溉泽卤之地.就是用含泥沙量较大的泾水进行灌溉，增加土质肥力，改造了盐碱地4万余顷(相当于现在280万亩)。一向落后的关中农业，迅速发达起来，雨量稀少，土地贫瘠的关中，变得富庶甲天下。
郑国渠的修成，为充实秦的经济力量，统一全国制造了雄厚的物质条件。
郑国渠的建设也体现了比较高的河流水文学知识，郑国渠渠首工程布置在泾水凹岸稍偏下游的位置，这是十分科学的。在河流的弯道处，除通常的纵向水流外，还存在着横向环流，上层水流由凸岸流向凹岸，河流中最大流速接近凹岸稍偏下游的位置，正对渠口，所以渠道进水量就大得多。同时水里的大量的细泥也进入渠里，进行淤灌。横向环流的下层水流却和上层相反，由凹岸流向凸岸，同时把比较重因而在河流底层移动的粗砂冲向凸岸，这样就避免了粗砂入渠堵塞渠道的问题。
3、灵渠。灵渠在今广西壮族自治区兴安县境内，也叫兴安运河或湘桂运河，由于是在秦朝开凿的，又叫秦凿河。秦统一六国后，为了进一步完成统一局面，在北击匈奴的同时，又南征岭南。公元前219年，秦始皇出巡到湘江上游，他根据当时需要解决南征部队的粮饷运输问题，作出了 使监(御史)禄(人名，一名史禄)凿渠运粮 的决定。在杰出的水利家史禄的领导下，秦朝军士和当地人民一起，付出了艰苦劳动，劈山削崖，筑堤开渠，把湘水引入漓江，终于修成了这条运河。这条运河成了打开南北水路交通的要道。
我国长江流域与珠江流域之间，隔着巍巍的五岭山脉，陆路往来已很难，水运更是无路可通。但是，长江支流的湘江上源与珠江支流的上源，恰好同出于广西兴安县境内，而且近处相距只1.5公里许，中间的低矮山梁，也高不过30米，宽不过500米。灵渠的设计者就是利用这个地理条件，硬是凿出一条水道，引湘入漓，婉蜒行进于起伏的丘陵间，联结起分流南北的湘江、漓江，勾通了长江水系与珠江水系。
灵渠长约30多公里，宽约5米，开凿灵渠，先在湘江中用石堤筑成分水铧嘴和大小天平 ，把湘江隔断。在铧嘴前开南北两条水渠，北渠仍通湘江，南渠就是灵渠，和漓江相通。湘江上游，海阳河流来的水被铧嘴一分为二，分别流入南渠和北渠，这样就连接了湘江和漓江。 铧嘴 类似都江堰的鱼嘴。当海阳河流来的水大时，灵渠可以通过大小天平等溢洪通，把洪水排泄到湘江故道去，保证了运河的安全。灵渠选择在湘江和漓江相距很近的地段，这里水位相差不大，并且使运河路线迂回，来降低河床比降，平缓水势，便于行船。灵渠的设计和布局都很科学。在世界航运史上占有光辉的地位。
灵渠的渠道工程非常艰巨复杂。南渠一路，都是傍山而流，途中要破掉几座拦路的山崖。尤其是在跨越分水岭，即太史庙山时，更要从几十米高的石山身上，劈开一条河道。这样的工程，在一无先进机械，二无的条件下，全凭双手和简单工具，充分表现了当时人的智慧。
灵渠工程体系完整，设计巧妙，在技术上利用了都江堰的先进经验，充分显示了人民群众的创造才能。
灵渠修成后，在历史上起过重大的作用。秦始皇就在渠成的当年(公元前214年)，平服岭南。汉武帝在平定吕嘉的叛乱中，也曾利用这条交通线。
灵渠的畅通，还为南北经济文化交流创造了条件。
灵渠的兴修，是秦代南北劳动人民智慧的结晶，是我国古代水利史上的创举。历代以来，这项工作虽屡有修治，但“皆循其故道，因时而损益之，终不能独出新意，易其开辟之成规”。灵渠分湘入漓，北水南调，不仅沟通长江水系和珠江水系，形成了更为合理的生态环境，而且开拓了南北水运通道，扩大了我国内河航行范围，并为中原地区与岭南的经济文化交流和贸易往来，提供了有利条件。
灵渠大约修成于秦始皇二十八年(公元前219 年)。这一工程的兴建，直接解决了军粮转输的困难。秦军得到沿湘江、经灵渠运抵岭南的大批粮饷与物资的接济，才得以深入西瓯，继续作战，杀其君译吁宋，基本控制这一地区。在此基础上，秦始皇于三十三年(公元前214 年)征发尝逋亡人、赘婿及贾人继续“略取陆梁地”，即攻占岭南，并分置桂林(治今广西桂平附近)、象(治临尘，今广东崇左境)和南海(治番禺，今广东广州)三郡，基本上统一了岭南。次年，始皇又谪遣“治狱吏不直者”至“南越地”。与此同时，又曾征集一万五千名未婚妇女至岭南，“以为士卒衣补”;还一再大批地迁徙刑徒和内地民众到这里屯戍垦殖。据《汉书·晁错传》载：当时是“先发吏有谪及赘婿、贾人，后以尝有市籍者，又后以大父母、父母尝有市籍者，后入闾取其左。”大批内迁民众南迁之后，与南越、西瓯人杂居共处，对于开发岭南，促进民族间的交往无疑是有积极的意义。
4、治黄事业。战国时黄河两岸已修建有连贯的堤防，不过堤防分属有关各国。秦统一六国后，黄河大堤开始实施系统地合理地整治。秦始皇于三十二年(公元前215年)东游碣石，在他刻石纪颂统一的功德时，曾特别指出： 初一泰平，堕坏城郭，决通川防，夷去险阻， 决通川防，夷去险阻 即是指改建不合理的堤防，从而使旧有的险工段化险为夷。这可能包括统一整治黄河大堤。